一種可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械端面密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，特別適用于各種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的軸端氣膜密封裝置。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]端面氣膜密封又稱(chēng)干氣密封，是一種新型的機(jī)械密封形式，目前干氣密封以其低泄漏、低功耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)越的性能被廣泛運(yùn)用于壓縮機(jī)、泵、反應(yīng)釜等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封，但隨著現(xiàn)代工業(yè)和航天航空的快速發(fā)展，要求干氣密封運(yùn)用環(huán)境向高參數(shù)(高速、高壓、高溫等)或變工況條件發(fā)展，然而目前傳統(tǒng)干氣密封在高參數(shù)或變工況條件下表現(xiàn)出了眾多的不足:在高速或變工況條件下，傳統(tǒng)干氣密封很容易發(fā)生失穩(wěn)，其膜厚也很難控制；在高溫條件下，傳統(tǒng)干氣密封端面變形嚴(yán)重，易導(dǎo)致端面動(dòng)壓槽磨損而造成干氣密封的失效。
[0003]針對(duì)以上問(wèn)題，研宄者們提出自適應(yīng)可控機(jī)械密封的概念，然而目前國(guó)內(nèi)這方面的研宄主要集中在根據(jù)膜厚、端面溫度等反饋信號(hào)，通過(guò)一定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整控制端面膜厚、密封相態(tài)及端面比壓等上，而從改變密封環(huán)結(jié)構(gòu)方面來(lái)提高機(jī)械密封的自適應(yīng)能力方面的研宄相對(duì)較少。箔片結(jié)構(gòu)作為一種自適應(yīng)結(jié)構(gòu)早在1928年就出現(xiàn)在徑向軸承的設(shè)計(jì)中，由于箔片軸承具有動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐沖擊振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)而快速發(fā)展并得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]借鑒箔片在軸承上的成功應(yīng)用，部分研宄者提出發(fā)展箔片端面氣膜密封，箔片端面氣膜密封不需要額外的輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可自我控制膜厚，其原理為:當(dāng)密封工況發(fā)生變化或受到外界擾動(dòng)時(shí)，密封端面膜厚發(fā)生變化，而膜厚變化又影響密封端面的壓力分布，端面壓力的改變又反過(guò)來(lái)影響箔片的彈性變形進(jìn)而影響膜厚變化，如此實(shí)現(xiàn)膜厚變化與膜壓變化的動(dòng)態(tài)平衡，最終實(shí)現(xiàn)密封在變工況條件或受外界擾動(dòng)時(shí)膜厚在很小的范圍內(nèi)變化并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。
[0005]目前已出現(xiàn)箔片端面氣膜密封的相關(guān)報(bào)道，但所提出的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)多為單向旋轉(zhuǎn)形式，而在工程實(shí)際中，很多旋轉(zhuǎn)機(jī)械在一些特殊情況下會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，此時(shí)單向旋轉(zhuǎn)形式的箔片端面氣膜密封的兩密封端面會(huì)吸緊在一起發(fā)生劇烈的干摩擦，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致密封環(huán)碎裂而使整個(gè)機(jī)組受到破壞，最終引發(fā)嚴(yán)重事故。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要克服傳統(tǒng)干氣密封和現(xiàn)有箔片端面氣膜密封的不足，提供一種高速動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好、泄漏率低、耐沖擊振動(dòng)并且可實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，包括氣膜密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)；其特征在于:所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的密封端面設(shè)有可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片，包括圓環(huán)狀的環(huán)本體1、箔片2、彈性墊3，所述環(huán)本體I的內(nèi)側(cè)高起、形成圓環(huán)臺(tái)階，所述圓環(huán)臺(tái)階的頂面形成密封壩5 ;若干個(gè)彈性墊3沿圓周依次鋪設(shè)在所述圓環(huán)臺(tái)階的底面上；所述彈性墊3固定在環(huán)本體I上，每個(gè)彈性墊3的上面均覆蓋一塊箔片2，所述箔片2兩端均固定在環(huán)本體上；所述箔片2上表面為徑向中分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的曲面，所述密封壩平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。
[0009]進(jìn)一步，所述的箔片2和彈性墊3以如下結(jié)構(gòu)固定在環(huán)本體I上:
[0010]所述圓環(huán)臺(tái)階的底面的外側(cè)開(kāi)有垂直于環(huán)本體端面的徑向溝槽11，所述箔片2的固定端21、彈性墊3的固定端31分別鑲嵌在對(duì)應(yīng)的徑向溝槽11中；所述箔片2的固定端21的外側(cè)設(shè)有徑向的第一卡槽22，彈性墊3的固定端31的外側(cè)設(shè)有徑向的第二卡槽32 ;
[0011]所述環(huán)本體的側(cè)面上內(nèi)凹的環(huán)槽12，環(huán)槽12垂直穿過(guò)徑向溝槽11 ;所述的環(huán)槽12內(nèi)設(shè)有環(huán)狀的卡簧4，卡簧4穿過(guò)所述的第一卡槽22、第二卡槽32，將箔片2和彈性墊3勒緊在環(huán)本體I上。
[0012]進(jìn)一步，所述彈性墊的材料可以是橡膠，彈性樹(shù)脂。
[0013]進(jìn)一步，所述密封壩平面高于箔片上表面上沿所述環(huán)本體的軸向方向的最低處3?20 μ m，優(yōu)化范圍為5?10 μ m，所述密封壩平面低于箔片上表面上沿所述環(huán)本體的軸向方向的最高處0.1?10 μm，優(yōu)化范圍為I?3 μπι。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]箔片和彈性墊緊貼，一方面減少了氣體的泄漏通道，提高了密封性能，另一方面，高壓氣體很難作用于箔片背面，大幅降低了箔片背壓，利于端面開(kāi)啟；箔片與彈性墊配合共同適應(yīng)氣膜壓力變化并產(chǎn)生相應(yīng)變形，既提高了高速運(yùn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，又可適應(yīng)更大的軸向沖擊振動(dòng)；對(duì)稱(chēng)的箔片結(jié)構(gòu)使密封可同時(shí)適應(yīng)單向、雙向旋轉(zhuǎn)。因此該結(jié)構(gòu)箔片端面氣膜密封具有密封性能好，端面易開(kāi)啟，耐高壓、高溫、高轉(zhuǎn)速、高沖擊振動(dòng)和可雙向旋轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
(四)
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的環(huán)本體的示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的箔片的示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的彈性墊的示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的卡簧的示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的箔片和彈性墊安裝方式的示意圖。
[0022]其中:
[0023]1-環(huán)本體；2_箔片；3_彈性墊；4_卡簧；5密封壩。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]參照?qǐng)D1至圖6所示，可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，包括氣膜密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)；所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的密封端面設(shè)有可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片，包括圓環(huán)狀的環(huán)本體1、箔片2、彈性墊3，所述環(huán)本體I的內(nèi)側(cè)高起、形成圓環(huán)臺(tái)階，所述圓環(huán)臺(tái)階的頂面形成密封壩5 ;若干個(gè)彈性墊3沿圓周依次鋪設(shè)在所述圓環(huán)臺(tái)階的底面上；所述彈性墊3固定在環(huán)本體I上，每個(gè)彈性墊3的上面均覆蓋一塊箔片2，所述箔片2兩端均固定在環(huán)本體上；所述箔片2上表面為徑向中分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的曲面，所述密封壩平面高于箔片上表面的最低面，且低于最尚面。
[0026]所述的箔片2和彈性墊3以如下結(jié)構(gòu)固定在環(huán)本體I上:所述圓環(huán)臺(tái)階的底面的外側(cè)開(kāi)有垂直于環(huán)本體端面的徑向溝槽11，所述箔片2的固定端21、彈性墊3的固定端31分別鑲嵌在對(duì)應(yīng)的徑向溝槽11中；所述箔片2的固定端21的外側(cè)設(shè)有徑向的第一卡槽22，彈性墊3的固定端31的外側(cè)設(shè)有徑向的第二卡槽32 ;
[0027]所述環(huán)本體的側(cè)面上內(nèi)凹的環(huán)槽12，環(huán)槽12垂直穿過(guò)徑向溝槽11 ;所述的環(huán)槽12內(nèi)設(shè)有環(huán)狀的卡簧4，卡簧4穿過(guò)所述的第一卡槽22、第二卡槽32，將箔片2和彈性墊3勒緊在環(huán)本體I上。
[0028]所述密封壩5平面高于箔片2上表面上沿所述環(huán)本體I的軸向方向的最低處3?20 μ m，優(yōu)化范圍為5?10 μ m，所述密封壩5平面低于箔片2上表面上沿所述環(huán)本體I的軸向方向的最高處0.1?10 μm，優(yōu)化范圍為I?3 μπι。
[0029]當(dāng)密封停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，箔片2和彈性墊3在閉合力作用下發(fā)生彈性變形，從而保證密封端面完全閉合，當(dāng)密封運(yùn)轉(zhuǎn)后，預(yù)先發(fā)生微量變形的箔片2和彈性墊3提供一定的支承力，易于端面開(kāi)啟，同時(shí)箔片2和彈性墊3的回彈作用進(jìn)一步提高了氣膜剛度，有利于密封開(kāi)啟階段的穩(wěn)定運(yùn)行；箔片2上表面存在微小的高度差，從而形成了預(yù)楔角，在密封運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于氣體壓縮作用能在箔片2表面上產(chǎn)生一定的氣體動(dòng)壓效應(yīng)。
[0030]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，包括氣膜密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)；其特征在于:所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的密封端面設(shè)有可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片，包括圓環(huán)狀的環(huán)本體(1)、箔片(2)、彈性墊(3)，所述環(huán)本體(I)的內(nèi)側(cè)高起、形成圓環(huán)臺(tái)階，所述圓環(huán)臺(tái)階的頂面形成密封壩(5);若干個(gè)彈性墊(3)沿圓周依次鋪設(shè)在所述圓環(huán)臺(tái)階的底面上；所述彈性墊(3)固定在環(huán)本體(I)上，每個(gè)彈性墊(3)的上面均覆蓋一塊箔片(2)，所述箔片(2)兩端均固定在環(huán)本體上；所述箔片(2)上表面為徑向中分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的曲面，所述密封壩平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。2.如權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的箔片(2)和彈性墊(3)以如下結(jié)構(gòu)固定在環(huán)本體(I)上: 所述圓環(huán)臺(tái)階的底面的外側(cè)開(kāi)有垂直于環(huán)本體端面的徑向溝槽(11)，所述箔片(2)的固定端(21)、彈性墊(3)的固定端(31)分別鑲嵌在對(duì)應(yīng)的徑向溝槽(11)中；所述箔片(2)的固定端(21)的外側(cè)設(shè)有徑向的第一卡槽(22)，彈性墊(3)的固定端(31)的外側(cè)設(shè)有徑向的第二卡槽(32)； 所述環(huán)本體的側(cè)面上內(nèi)凹的環(huán)槽(12)，環(huán)槽(12)垂直穿過(guò)徑向溝槽(11);所述的環(huán)槽(12)內(nèi)設(shè)有環(huán)狀的卡簧(4)，卡簧(4)穿過(guò)所述的第一卡槽(22)、第二卡槽(32)，將箔片(2)和彈性墊(3)勒緊在環(huán)本體(I)上。
【專(zhuān)利摘要】可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，包括氣膜密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)；所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的密封端面設(shè)有可雙向旋轉(zhuǎn)的箔片，包括圓環(huán)狀的環(huán)本體1、箔片2、彈性墊3，所述環(huán)本體1的內(nèi)側(cè)高起、形成圓環(huán)臺(tái)階，所述圓環(huán)臺(tái)階的頂面形成密封壩5；若干個(gè)彈性墊3沿圓周依次鋪設(shè)在所述圓環(huán)臺(tái)階的底面上；所述彈性墊3固定在環(huán)本體1上，每個(gè)彈性墊3的上面均覆蓋一塊箔片2，所述箔片2兩端均固定在環(huán)本體上；所述箔片2上表面為徑向中分對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的曲面，所述密封壩平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。
【IPC分類(lèi)】F16J15/16
【公開(kāi)號(hào)】CN104913061
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510330224
【發(fā)明人】彭旭東, 陳源, 江錦波, 白少先, 孟祥鎧
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月15日